hệ thống tệp và cài đặt hệ thống tệp

MỤC LỤC I Hệ Thống Tệp (Tập Tin) Giới thiệu : Đối với hầu hết người dùng, hệ thống tập tin diện mạo dễ nhìn thấy hệ điều hành Nó cung cấp chế cho việc lưu trữ trực tuyến truy xuất liệu, chương trình hệ điều hành tất người dùng hệ thống máy tính Hệ thống tập tin chứa hai phần riêng biệt: tập hợp tập tin (files), tập tin lưu trữ liệu có liên quan cấu trúc thư mục (directory structure) mà tổ chức cung cấp thông tin tất tập tin hệ thống Một số hệ thống tập tin có thêm phần thứ ba, phân khu (partitions) mà dùng để tách rời tập hợp thư mục lớn luận lý vật lý Trong chương xét khía cạnh khác tập tin cấu trúc thư mục Chúng ta thảo luận cách để quản lý việc bảo vệ tập tin (file protection), cần thiết nhiều người dùng truy xuất tập tin muốn kiểm soát cách truy xuất tập tin Cuối cùng, thảo luận việc chia sẻ nhiều trình, người dùng, máy tính Khái niệm tập tin : Các máy tính lưu trữ thông tin nhiều phương tiện lưu trữ khác nhau, đĩa từ, băng từ, đĩa quang Để hệ thống máy tính tiện dụng, hệ điều hành cung cấp tầm nhìn luận lý không đổi việc lưu trữ thông tin Hệ điều hành trừu tượng từ thuộc tính vật lý thiết bị lưu trữ đến định nghĩa đơn vị lưu trữ luận lý tập tin (file) Tập tin ánh xạ hệ điều hành thiết bị vật lý Các thiết bị lưu trữ dùng thường ổn định nội dung không bị mất điện hay khởi động lại hệ thống Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Một tập tin tập thông tin có liên quan ghi thiết bị lưu trữ phụ Từ quan điểm người dùng, tập tin phần nhỏ thiết bị lưu trữ phụ luận lý; nghĩa liệu viết tới thiết bị lưu trữ phụ trừ chúng tập tin Các tập tin liệu số, chữ, ký tự số hay nhị phân Các tập tin có dạng tập tin văn bản, hay định dạng không đổi Thông thường, tập tin chuỗi bits, bytes, dòng hay mẫu tin, định nghĩa người tạo Do đó, khái niệm tập tin tổng quát Thông tin tập tin định nghĩa người tạo Nhiều loại thông tin khác lưu trữ tập tin-chương trình nguồn, chương trình đối tượng, chương trình thực thi, liệu số, văn bản, mẫu tin, hình ảnh đồ hoạ, âm thanh, Một tập tin có cấu trúc định nghĩa cụ thể dựa theo loại Một tập tin văn chuỗi ký tự tổ chức thành dòng Một tập tin nguồn chuỗi thủ tục hàm, tổ chức khai báo theo sau câu lệnh thực thi Một tập tin đối tượng chuỗi bytes tổ chức thành khối hiểu liên kết hệ thống Một tập tin thực thi chuỗi phần mã mà nạp mang vào nhớ thực thi a Thuộc tính tập tin: Để tiện cho người dùng, tập tin đặt tên tham khảo tên Một tên thường chuỗi ký tự, thí dụ: example.c Một số hệ thống có phân biệt ký tự hoa thường tên, ngược lại hệ thống khác xem hai trường hợp tương đương Khi tập tin đặt tên, trở nên độc lập với trình, người dùng, chí với hệ thống tạo Thí dụ, người dùng tạo tập tin example.c, ngược lại người dùng khác sửa tập tin cách xác định tên Người sở hữu tập tin ghi tập tin tới đĩa mềm, gởi vào email hay chép qua mạng gọi example.c hệ thống đích Một tập tin có số thuộc tính khác mà chúng khác từ hệ điều hành tới hệ điều hành khác, điển hình chúng gồm: • Tên (name): tên tập tin thông tin lưu dạng mà người dùng đọc Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh • Định danh (identifier): thẻ nhất, thường số, xác định tập tin hệ thống tập tin; tên mà người dùng đọc • Kiểu (type): thông tin yêu cầu cho hệ thống hỗ trợ kiểu khác • Vị trí (location): thông tin trỏ tới thiết bị tới vị trí tập tin thiết bị • Kích thước (size): kích thước hành tập tin (tính byte, word hay khối) kích thước cho phép tối đa chứa thuộc tính • Giờ (time), ngày (date) định danh người dùng (user identification): thông tin lưu cho việc tạo, sửa đổi gần nhất, dùng gần Dữ liệu có ích cho việc bảo vệ, bảo mật, kiểm soát việc dùng Thông tin tất tập tin giữ cấu trúc thư mục (directory) nằm thiết bị lưu trữ phụ Điển hình, mục từ thư mục chứa tên tập tin định danh Định danh xác định thuộc tính tập tin khác Trong hệ thống có nhiều tập tin, kích thước thư mục Mbyte Bởi thư mục giống tập tin, phải bền, chúng phải lưu trữ thiết bị mang vào nhớ cần b Thao tác tập tin : Tập tin kiểu liệu trừu tượng Để định nghĩa tập tin hợp lý, cần xem xét thao tác thực tập tin Hệ điều hành cung cấp lời gọi hệ thống để thực thao tác • Tạo tập tin: hai bước cần thiết để tạo tập tin Thứ nhất, không gian hệ thống tập tin phải tìm cho tập tin Thứ hai, mục từ cho tập tin phải tạo thư mục Mục từ thư mục ghi tên tập tin • vị trí hệ thống tập tin, thông tin khác Mở: trước mở tập tin, trình phải mở Mục tiêu việc mở cho phép hệ thống thiết lập số thuộc tính địa đĩa nhớ để • tăng tốc độ truy xuất Đóng: chấm dứt truy xuất, thuộc tính địa đĩa không • dùng nữa, tập tin đóng lại để giải phóng vùng nhớ Ghi: để ghi tập tin, thực lời gọi hệ thống xác định tên tập tin thông tin ghi tới tập tin Với tên tập tin, hệ thống tìm thư mục để xác định vị trí tập tin Hệ thống phải giữ trỏ viết tới vị trí Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh tập tin nơi mà thao tác viết xảy Con trỏ viết phải • • cập nhật thao tác viết xảy Chèn cuối: giống thao tác ghi liệu ghi vào cuối tập tin Đọc: để đọc từ tập tin, dùng lời gọi hệ thống xác định tên tập tin nơi (trong nhớ) mà khối tập tin đặt Thư mục tìm mục từ tương ứng hệ thống cần giữ trỏ đọc tới vị trí • tập tin nơi thao tác đọc xảy Xoá: để xoá tập tin, tìm kiếm thư mục với tên tập tin cho Tìm mục từ tương ứng, giải phóng không gian tập tin để không gian • dùng lại tập tin khác xoá mục từ thư mục Tìm: thư mục tìm mục từ tương ứng vị trí trỏ hành • • đặt tới giá trị cho Lấy thuộc tính: lấy thuộc tính tập tin cho trình Đổi tên: thay đổi tên tập tin tồn c Các kiểu tập tin : Khi thiết kế hệ thống tập tin, luôn xem xét hệ điều hành nên tổ chức hỗ trợ kiểu tập tin Nếu hệ điều hành nhận biết kiểu tập tin, thao tác tập tin cách phù hợp Một kỹ thuật chung cho việc cài đặt kiểu tập tin chứa kiểu phần tên tập tin Tên tập tin chia làm hai phần-tên phần mở rộng, thường ngăn cách dấu chấm Trong trường hợp này, người dùng hệ điều hành biết kiểu tập tin từ tên Các hệ điều hành thường hỗ trợ kiểu tập tin sau: • Tập tin thường: tập tin văn hay tập tin nhị phân chứa thông tin • người sử dụng Thư mục: tập tin hệ thống dùng để lưu giữ cấu trúc hệ thống • tập tin Tập tin có ký tự đặc biệt: liên quan đến nhập/xuất thông qua thiết bị • nhập/xuất hình, máy in, Tập tin khối: dùng để truy xuất thiết bị đĩa Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh d Cấu trúc tập tin Các kiểu tập tin dùng để hiển thị cấu trúc bên tập tin Ngoài ra, tập tin cụ thể phải phù hợp cấu trúc yêu cầu để hệ điều hành hiểu Một số hệ điều hành mở rộng ý tưởng thành tập hợp cấu trúc tập tin hỗ trợ hệ thống, với tập hợp thao tác đặc biệt cho việc thao tác tập tin với cấu trúc Các hệ điều hành thường hỗ trợ ba cấu trúc tập tin thông dụng là: • • • Không có cấu trúc: tập tin dãy byte Có cấu trúc: tập tin dãy mẫu tin có kích thước cố định Cấu trúc cây: tập tin gồm mẫu tin không cần thiết có chiều dài, mẫu tin có trường khoá giúp việc tìm kiếm nhanh  Các phương pháp truy xuất : Các tập tin lưu trữ thông tin Khi dùng, thông tin phải truy xuất đọc vào nhớ máy tính Thông tin tập tin truy xuất nhiều cách • Truy xuất : Một phương pháp đơn giản truy xuất Thông tin tập tin xử lý có thứ tự, mẫu tin sau mẫu tin Chế độ truy xuất thông dụng Thí dụ, soạn thảo biên dịch thường truy xuất tập tin cách thức Nhóm thao tác tập tin đọc viết Một thao tác đọc đọc phần tập tin tự động chuyển trỏ tập tin để ghi vết vị trí nhập/xuất Tương tự, thao tác viết chèn vào cuối tập tin chuyển tới vị trí cuối tài liệu vừa viết (cuối tập tin mới) Trên vài hệ thống, tập tin đặt lại tới vị trí bắt đầu chương trình nhảy tới hay lùi n mẫu tin Truy xuất mô tả hình Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hình Truy xuất tập tin • Truy xuất trực tiếp : Một phương pháp khác truy xuất trực tiếp (hay truy xuất tương đối) Một tập tin hình thành từ mẫu tin luận lý có chiều dài không đổi Các mẫu tin cho phép người lập trình đọc viết mẫu tin nhanh chóng không theo thứ tự Phương pháp truy xuất trực tiếp dựa mô hình đĩa tập tin, đĩa cho phép truy xuất ngẫu nhiên tới khối tập tin Để truy xuất trực tiếp, tập tin hiển thị chuỗi khối hay mẫu tin đánh số Tập tin truy xuất trực tiếp cho phép khối đọc hay viết Do đó, đọc khối 14, sau đọc khối 53 sau viết khối Không có hạn chế thứ tự đọc hay viết cho tập tin truy xuất trực tiếp Các tập tin truy xuất trực tiếp dùng nhiều cho truy xuất tức thời tới lượng lớn thông tin Cơ sở liệu thường loại Khi truy vấn tập trung chủ đề cụ thể, tính khối chứa câu trả lời sau đọc khối trực tiếp để cung cấp thông tin mong muốn Không phải tất hệ điều hành hỗ trợ hai truy xuất trực tiếp cho tập tin Một số hệ thống cho phép truy xuất tập tin tuần tự; số khác cho phép truy xuất trực tiếp Một số hệ điều hành yêu cầu tập tin định nghĩa hay trực tiếp tạo ra; tập tin truy xuất cách không đổi với khai báo Tuy nhiên, dễ dàng mô truy xuất tập tin truy xuất trực tiếp Nếu giữ biến cp để xác định vị trí mô thao tác tập tin hiển Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh thị hình Mặc dù, không đủ không gọn để mô tập tin truy xuất trực tiếp tập tin truy xuất Hình Mô truy xuất truy xuất trực tiếp • Các phương pháp truy xuất khác : Các phương pháp truy xuất khác xây dựng sở phương pháp truy xuất trực tiếp Các phương pháp khác thường liên quan đến việc xây dựng mục cho tập tin Chỉ mục chứa trỏ tới khối khác Để tìm mẫu tin tập tin, trước hết tìm mục sau dùng trỏ để truy xuất tập tin trực tiếp tìm mẫu tin mong muốn Với tập tin lớn, mục tập tin trở nên lớn để giữ nhớ Một giải pháp tạo mục cho tập tin mục Tập tin mục chứa trỏ tới tập tin mục thứ cấp mà tới thành phần liệu thật Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hình Thí dụ mục tập tin liên quan Cấu trúc thư mục : Các hệ thống tập tin máy tính lớn số lượng Một số hệ thống lưu trữ hàng triệu tập tin terabytes đĩa Để quản lý tất liệu này, cần tổ chức lại chúng Việc tổ chức thường thực hai phần Thứ nhất, đĩa chia thành hay nhiều phân khu (partition) hay phân vùng (volumes) Điển hình, đĩa hệ thống chứa phân khu Phân khu cấu trúc cấp thấp mà tập tin thư mục định vị Thỉnh thoảng phân khu dùng để cung cấp nhiều vùng riêng rẻ đĩa, phân khu xem thiết bị lưu trữ riêng, trái lại hệ thống khác cho phép phân khu có dung lượng lớn đĩa để nhóm đĩa vào cấu trúc luận lý cấu trúc tập tin, bỏ qua hoàn toàn vấn đề cấp phát không gian vật lý cho tập tin Cho lý này, phân khu xem đĩa ảo Các phân khu lưu trữ nhiều hệ điều hành, cho phép hệ thống khởi động chạy nhiều hệ điều hành Thứ hai, phân khu chứa thông tin tập tin Thông tin giữ mục từ thư mục thiết bị hay bảng mục lục phân vùng (volume Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh table of contents) Thư mục thiết bị (được gọi đơn giản thư mục) ghi thông tin-như tên, vị trí, kích thước kiểu-đối với tất tập tin phân khu (như hình 4) Hình tổ chức hệ thống tập tin điển hình Thư mục hiển thị bảng danh biểu dịch tên tập tin thành mục từ thư mục Các thư mục tổ chức nhiều cách Chúng ta muốn chèn mục từ, xoá mục từ, tìm kiếm mục từ liệt kê tất mục từ thư mục Trong phần này, xem xét nhiều chế định nghĩa cấu trúc luận lý hệ thống thư mục Khi xem xét cấu trúc thư mục cụ thể, cần nhớ thao tác thực thư mục • Tìm kiếm tập tin: cần tìm cấu trúc thư mục để xác định mục từ • • • • cho tập tin cụ thể Tạo tập tin: tập tin cần tạo thêm tới thư mục Xoá tập tin: tập tin không cần, muốn xoá khỏi thư mục Liệt kê thư mục: liệt kê tập tin thư mục nội dung mục từ thư mục cho tập tin danh sách • Đổi tên tập tin: tên tập tin biểu diễn nội dung người dùng, tên thay đổi nội dung hay việc sử dụng tập tin thay đổi Đổi tên tập tin cho phép vị trí cấu trúc thư mục thay đổi Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh • Duyệt hệ thống tập tin: muốn truy xuất thư mục tập tin cấu trúc thư mục Chúng ta mô tả chế thông dụng để định nghĩa cấu trúc luận lý thư mục  Cấu trúc thư mục dạng đơn cấp : Cấu trúc thư mục đơn giản thư mục đơn cấp Tất tập tin chứa thư mục hiển thị hình đây: Hình Thư mục đơn cấp Tuy nhiên, thư mục đơn cấp có nhiều hạn chế số lượng tập tin tăng hay khhệ thống có nhiều người dùng Vì tất tập tin chứa thư mục, chúng phải có tên khác Nếu hai người dùng đặt tên tập tin liệu họ test qui tắc tên bị xung đột Mặc dù tên tập tin thường chọn để phản ánh nội dung tập tin, chúng thường bị giới hạn chiều dài Hệ điều hành MS-DOS cho phép 11 ký tự cho tên; UNIX cho phép 255 ký tự Người dùng thư mục đơn cấp gặp phải khó khăn để nhớ tên tất tập tin, số tập tin tăng Nếu hệ thống máy tính có hàng trăm tập tin việc ghi lại vết nhiều tập tin tác vụ nặng nề  Cấu trúc thư mục dạng hai cấp Một thư mục đơn cấp dẫn đến lẫn lộn tên tập tin nhiều người dùng khác Giải pháp chuẩn tạo thư mục riêng cho người dùng Trong cấu trúc thư mục hai cấp, người dùng có thư mục tập tin riêng cho họ (user file directory-UFD) Mỗi UFD có cấu trúc tương tự danh sách chứa tập tin người dùng Khi công việc người dùng bắt đầu hay người dùng đăng Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 10 b+i Do đó, truy xuất truy xuất trực tiếp hỗ trợ cấp phát kề Tuy nhiên, cấp phát kề có số vấn đề Một khó khăn tìm không gian cho tập tin Việc cài đặt hệ thống quản lý không gian trống xác định tác vụ hoàn thành Bất hệ thống quản lý dùng nhanh chậm khác Vấn đề cấp phát không gian kề xem vấn đề cấp phát lưu trữ động ứng dụng để thoả mãn yêu cầu kích thước n từ danh sách lỗ trống First fit best fit chiến lược chung dùng để chọn lỗ trống từ tập hợp lỗ trống sẳn dùng Những mô hiển thị hai first fit best fit hiệu worst fit thời gian sử dụng không gian lưu trữ First fit hay best fit giải thuật tốt thường first fit nhanh best fit Các giải thuật gặp phải vấn đề phân mãnh Khi tập tin cấp phát xoá, không gian đĩa trống bị chia thành mảnh nhỏ Phân mãnh tồn không gian trống chia thành đoạn Nó trở thành vấn đề đoạn kề lớn không đủ cho yêu cầu; lưu trữ phân thành nhiều lỗ, không lỗ đủ lớn để lưu liệu Phụ thuộc vào tổng lượng lưu trữ đĩa kích thước tập tin trung bình, phân mãnh vấn đề hay phụ Một số hệ thống vi tính cũ dùng cấp phát kề đĩa mềm Để ngăn ngừa lượng lớn không gian đĩa phân mãnh ngoài, người dùng phải chạy thủ tục đóng gói lại Thủ tục chép toàn hệ thống tập tin tới đĩa khác hay băng từ Kế đến, đĩa mềm ban đầu giải phóng hoàn toàn, tạo không gian trống kề lớn Sau đó, thủ tục chép tập tin trở lại đĩa mềm cách cấp phát không gian kề từ lỗ lớn Cơ chế hiệu việc hợp (compacts) tất không gian trống thành không gian trống kề, giải vấn đề phân mãnh Chi phí cho việc hợp thời gian Chi phí thời gian phục vụ cho đĩa cứng lớn dùng cấp phát kề, hợp tất không gian hàng Trong thời gian này, thao tác hệ thống thông thường phép hợp tránh tất chi phí có thay đổi liệu Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 30 Một vấn đề khác với cấp phát kề xác định không gian yêu cầu cho tập tin Khi tập tin tạo, toàn không gian cần phải tìm kiếm cấp phát Người tạo (chương trình hay người) biết kích thước tập tin tạo nào? Trong số trường hợp việc xác định tương đối đơn giản (thí dụ chép tập tin có); nhiên, kích thước tập tin xuất khó để ước lượng Nếu cấp không gian tới tập tin, thấy tập tin mở rộng Đặc biệt với chiến lược cấp phát best fit, không gian hai phía tập tin dùng Do đó, làm cho tập tin lớn Hai khả Thứ nhất, chương trình người dùng kết thúc với thông báo lỗi hợp lý Sau đó, người dùng phải cấp phát nhiều không gian chạy chương trình lại Việc lặp gây chi phí Để ngăn chặn chúng, người dùng mô nhiều lượng không gian yêu cầu Điều dẫn đến không gian bị lãng phí Một khả khác tìm lỗ trống lớn hơn, chép nội dung tập tin tới không gian trống mới, giải phóng không gian trước Một loạt hoạt động lặp lại với điều kiện không gian tồn tiêu tốn nhiều thời gian Tuy nhiên, trường hợp người dùng không yêu cầu thông báo xảy ra; hệ thống tiếp tục vấn đề phát sinh Ngay toàn không gian yêu cầu cho tập tin biết trước, cấp phát trước không đủ Một tập tin lớn lên khoảng thời gian dài phải cấp phát đủ không gian cho kích thước cuối không gian không dùng cho khoảng thời gian dài Do đó, tập tin có lượng lớn phân mãnh Để tối thiểu khó khăn này, số hệ điều hành dùng chế cấp phát kề hiệu chỉnh Trong chế đoạn không gian kề cấp phát trước sau lượng không gian không đủ lớn, đoạn không gian kề khác, đoạn mở rộng (extent), thêm vào cấp phát ban đầu Sau đó, vị trí khối tập tin ghi lại vị trí đếm khối cộng với liên kết tới khối đoạn mở rộng Trên số hệ thống, người sở hữu tập tin đặt kích thước đoạn mở rộng, việc đặt không hiệu người sở hữu Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 31 không Phân mãnh vấn đề đoạn mở rộng lớn phân mãnh vấn đề đoạn mở rộng có kích thước khác cấp phát thu hồi Cấp phát liên kết Cấp phát liên kết giải vấn đề cấp phát kề Với cấp phát liên kết, tập tin danh sách khối đĩa liên kết; khối đĩa phân tán khắp nơi đĩa Thư mục chứa trỏ tới khối khối cuối tập tin Thí dụ, tập tin có khối bắt đầu khối số 9, tiếp tục khối 16, sau khối 1, khối 10 cuối khối 25 (như hình 16) Mỗi khối chứa trỏ tới khối Các trỏ không làm sẳn dùng cho người dùng Do đó, khối 512 bytes, địa đĩa (con trỏ) yêu cầu bytes phần chứa liệu khối 508 bytes Để tạo tập tin mới, đơn giản tạo mục từ thư mục Với cấp phát liên kết, mục từ thư mục có trỏ tới khối đĩa tập tin Con trỏ khởi tạo tới nil (giá trị trỏ cuối danh sách) để tập tin rỗng Trường kích thước đặt tới Một thao tác viết tới tập tin làm khối trống tìm thấy hệ thống quản lý không gian trống, sau khối viết tới liên kết tới cuối tập tin Để đọc tập tin, đơn giản đọc khối cách lần theo trỏ từ khối tới khối khác Không có phân mãnh với cấp phát liên kết, khối trống danh sách không gian trống dùng để thoả mãn yêu cầu Kích thước tập tin không cần khai báo tập tin tạo Một tập tin tiếp tục lớn lên với điều kiện khối trống sẳn có Do đó, không cần thiết để hợp không gian trống Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 32 Hình 16 cấp phát không gian đĩa liên kết Tuy nhiên, cấp phát liên kết có vài nhược điểm Vấn đề chủ yếu dùng hiệu cho tập tin truy xuất Để tìm khối thứ i tập tin, phải bắt đầu điểm bắt đầu tập tin đó, lần theo trỏ nhận khối thứ i Mỗi truy xuất tới trỏ yêu cầu thao tác đọc đĩa, tìm kiếm đĩa Do đó, không đủ hỗ trợ khả truy xuất trực tiếp cho tập tin cấp phát liên kết Một nhược điểm khác cấp phát liên kết không gian yêu cầu cho trỏ Nếu trỏ yêu cầu bytes khối 512 bytes 0.77% đĩa dùng cho trỏ thay thông tin Một giải pháp thông thường để giải vấn đề tập hợp khối vào nhóm (clusters) cấp phát nhóm khối Thí dụ, hệ thống tập tin định nghĩa nhóm gồm khối thao tác đĩa đơn vị nhóm trỏ dùng % nhỏ không gian tập tin Phương pháp cho phép ánh xạ khối Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 33 luận lý tới vật lý đơn giản, cải tiến thông lượng đĩa giảm không gian yêu cầu cho cấp phát khối quản lý danh sách trống Chi phí tiếp cận tăng phân mãnh nhiều không gian bị lãng phí nhóm đầy phần khối đầy phần Các nhóm dùng để cải tiến thời gian truy xuất đĩa cho nhiều giải thuật khác chúng dùng hầu hết hệ điều hành Một vấn đề khác cấp phát liên kết khả tin cậy Vì tập tin liên kết với trỏ phân tán khắp đĩa, xem xét điều xảy trỏ bị hay bị phá hỏng Một bọ (bug) phần mềm hệ điều hành hay lỗi phần cứng đĩa dẫn tới việc chọn trỏ sai Lỗi dẫn tới việc liên kết vào danh sách không gian trống hay vào tập tin khác Các giải pháp phần dùng danh sách liên kết đôi hay lưu tên tập tin số khối tương đối khối; nhiên, chế yêu cầu nhiều chi phí cho tập tin Một thay đổi quan trọng phương pháp cấp phát liên kết dùng bảng cấp phát tập tin (file allocation table-FAT) Điều đơn giản phương pháp cấp phát không gian đĩa hiệu dùng hệ điều hành MS-DOS OS/2 Một phần đĩa phần bắt đầu phân khu thiết lập để chứa bảng Bảng có mục từ cho khối đĩa lập mục khối đĩa FAT dùng nhiều danh sách liên kết Mục từ thư mục chứa số khối khối tập tin Mục từ bảng lập mục số khối sau chứa số khối khối tập tin Chuỗi tiếp tục khối cuối cùng, có giá trị cuối tập tin đặc biệt mục từ bảng Các khối không dùng hiển thị giá trị bảng Cấp phát khối tới tập tin vấn đề đơn giản cho việc tìm mục từ bảng có giá trị thay giá trị kết thúc tập tin trước với địa khối Sau đó, số thay với giá trị kết thúc tập tin Một thí dụ minh hoạ cấu trúc FAT hình 17 cho tập tin chứa khối đĩa 217, 618 339 Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 34 Hình 17 Bảng cấp phát tập tin Cơ chế cấp phát FAT dẫn tới số lượng lớn tìm kiếm đầu đọc đĩa FAT không lưu trữ(cache) Đầu đọc đĩa phải di chuyển tới điểm bắt đầu phân khu để đọc FAT tìm vị trí khối sau di chuyển tới vị trí khối đĩa Trong trường hợp xấu nhất, hai di chuyển xảy cho khối đĩa Lợi điểm thời gian truy xuất ngẫu nhiên cải tiến đầu đọc đĩa tìm vị trí khối cách đọc thông tin FAT Cấp phát lập mục Cấp phát liên kết giải việc phân mãnh vấn đề khai báo kích thước cấp phát kề Tuy nhiên, cấp phát liên kết không hỗ trợ truy xuất trực tiếp hiệu trỏ tới khối phân tán với khối qua đĩa cần lấy lại thứ tự Cấp phát lập mục giải vấn đề cách mang tất trỏ vào vị trí: khối mục (index block) Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 35 Mỗi tập tin có khối mục nó, khối mảng địa khối đĩa Mục từ thứ i khối mục tới khối i tập tin Thư mục chứa địa khối mục (như hình 18) Để đọc khối i, dùng trỏ mục từ khối mục để tìm đọc khối mong muốn Cơ chế tương tự chế phân trang Hình 18 Cấp phát không gian đĩa lập mục Khi tập tin tạo, tất trỏ khối mục đặt tới nil Khi khối thứ i viết đầu tiên, khối chứa từ quản lý không gian trống địa đặt mục từ khối mục Cấp phát lập mục hỗ trợ truy xuất trực tiếp, không gặp phải phân mãnh khối trống đĩa đáp ứng yêu cầu thêm không gian Cấp phát lập mục gặp phải lãng phí không gian Chi phí trỏ khối mục thường lớn chi phí trỏ cấp phát liên kết Xét trường hợp thông thường có tập tin với hai khối Với cấp phát liên Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 36 kết, không gian trỏ khối (một hay hai trỏ) Với cấp phát lập mục, toàn khối mục phải cấp phát chí hay hai trỏ khác nil Điểm sinh câu hỏi khối mục nên lớn bao nhiêu? Mỗi tập tin phải có khối mục muốn khối mục nhỏ Tuy nhiên, khối mục nhỏ quản lý đủ trỏ cho tập tin lớn chế phải sẳn có để giải vấn đề này: • Cơ chế liên kết (linked scheme): khối mục thường khối đĩa Do đó, đọc viết trực tiếp Để cho phép tập tin lớn, liên kết nhiều khối mục với Thí dụ, khối mục chứa header nhỏ cho tên tập tin tập hợp địa 100 khối đĩa Địa (từ cuối khối mục) nil (đối với tập tin nhỏ) hay trỏ tới khối mục khác (cho tập tin lớn) • Chỉ mục nhiều cấp (multilevel index): biến dạng biểu diễn liên kết dùng khối mục cấp để tới khối mục cấp Khối cấp tới khối tập tin Để truy xuất khối, hệ điều hành dùng mục cấp để tìm khối mục cấp khối tìm khối liệu mong muốn Tiếp cận tiếp tục tới cấp hay cấp 4, tuỳ thuộc vào kích thước tập tin lớn mong muốn Với khối có kích thước 4,096 bytes, lưu 1,024 trỏ bytes khối mục Chỉ mục hai cấp cho phép 1,048,576 khối liệu, cho phép tập tin có kích thước tới 4GB • Cơ chế kết hợp (combined scheme): biến dạng khác dùng UFS giữ 15 trỏ khối mục inode tập tin 12 trỏ 15 trỏ tới khối trực tiếp (direct blocks); nghĩa chúng chứa địa khối mà chứa liệu tập tin Do đó, liệu tập tin nhỏ (không lớn 12 khối) không cần khối mục riêng Nếu Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 37 kích thước khối KB, tới 48 KB liệu truy xuất trực tiếp trỏ tới khối gián tiếp (indirect blocks) Con trỏ khối gián tiếp thứ địa khối gián tiếp đơn (single indirect blocks) Khối gián tiếp đơn khối mục không chứa liệu chứa địa khối chứa liệu Sau đó, có trỏ khối gián tiếp đôi (double indirect block) chứa địa khối mà khối chứa địa khối chứa trỏ tới khối liệu thật Con trỏ cuối chứa chứa địa khối gián tiếp ba (triple indirect block) Với phương pháp này, số khối cấp phát tới tập tin vượt lượng không gian đánh địa trỏ tập tin bytes hay GB Nhiều cài đặt UNIX gồm Solaris AIX IBM hỗ trợ tới 64 bit trỏ tập tin Các trỏ có kích thước cho phép tập tin hệ thống tập tin có kích thước tới terabytes Một inode hiển thị hình 19: Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 38 Hình 19 Inode UNIX Cơ chế cấp phát lập mục gặp số khó khăn lực cấp phát liên kết Đặc biệt, khối mục lưu trữ (cache) nhớ; khối liệu trãi rộng khắp phân khu Năng lực Các phương pháp cấp phát khác tính hiệu lưu trữ thời gian truy xuất khối liệu Cả hai yếu tố tiêu chuẩn quan trọng việc chọn phương pháp hợp lý hay phương pháp cho hệ điều hành cài đặt Trước chọn phương pháp, cần xác định hệ thống dùng Một hệ thống với hầu hết truy xuất nên dùng phương pháp khác từ hệ thống với hầu hết truy xuất ngẫu nhiên Đối với loại truy xuất nào, cấp phát kề yêu cầu truy xuất để đạt khối đĩa Vì giữ Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 39 dễ dàng địa khởi đầu tập tin nhớ, tính địa đĩa khối thứ i (hay khối kế tiếp) đọc trực tiếp Đối với cấp phát liên kết, giữ địa khối nhớ đọc trực tiếp Phương pháp tốt cho truy xuất tuần tự; nhiên, truy xuất trực tiếp truy xuất tới khối thứ i phải yêu cầu đọc I đĩa Vấn đề minh hoạ lý cấp phát liên kết không dùng cho ứng dụng yêu cầu truy xuất trực tiếp Do đó, số hệ thống hỗ trợ tập tin truy xuất trực tiếp cách dùng cấp phát kề truy xuất cấp phát liên kết Đối với hệ thống này, loại truy xuất thực phải khai báo tập tin tạo Một tập tin tạo cho truy xuất liên kết dùng cho truy xuất trực tiếp Một tập tin tạo cho truy xuất trực tiếp kề hỗ trợ hai truy xuất trực tiếp truy xuất chiều dài tối đa phải khai báo tạo Trong trường hợp này, hệ điều hành phải có cấu trúc liệu hợp lý giải thuật để hỗ trợ hai phương pháp cấp phát Các tập tin chuyển từ kiểu sang kiểu khác cách tạo tập tin loại mong muốn nội dung tập tin cũ chép vào tập tin Sau đó, tập tin cũ bị xoá tập tin đổi tên Cấp phát dạng mục phức tạp Nếu khối mục nhớ truy xuất thực trực tiếp Tuy nhiên, giữ khối mục nhớ yêu cầu không gian xem xét Nếu không gian nhớ không sẳn dùng phải đọc trước khối mục sau khối liệu mong muốn Đối với mục hai cấp, đọc hai khối mục cần thiết Đối với tập tin lớn, truy xuất khối gần cuối tập tin yêu cầu đọc tất khối mục để lần theo chuỗi trỏ trước khối liệu yêu cầu cuối đọc Do đó, lực cấp phát mục phụ thuộc cấu trúc mục kích thước tập tin vị trí khối mong muốn Một số hệ thống kết hợp cấp phát kề cấp phát mục cách dùng cấp phát kề cho tập tin nhỏ (ba hay bốn khối) tự động chuyển tới cấp phát mục tập tin lớn lên Vì hầu hết tập tin nhỏ cấp phát kề hiệu cho tập tin nhỏ, lực trung bình tốt Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 40 Nhiều tối ưu khác dùng Với chênh lệch tốc độ CPU đĩa, không hợp lý để thêm hàng ngàn thị tới hệ điều hành để tiết kiệm vài di chuyển đầu đọc Ngoài ra, chênh lệch tăng theo thời gian, tới điểm nơi mà hàng trăm hàng ngàn thị phù hợp dùng để tối ưu di chuyển đầu đọc V Quản lý không gian trống Vì không gian trống giới hạn nên cần dùng lại không gian từ tập tin bị xoá cho tập tin Để giữ vết không gian đĩa trống, hệ thống trì danh sách không gian trống Danh sách không gian trống ghi lại tất khối đĩa trống Để tạo tập tin, tìm danh sách không gian trống lượng không gian yêu cầu cấp phát không gian tới tập tin Sau đó, không gian xoá từ danh sách không gian trống Khi tập tin bị xoá, không gian đĩa thêm vào danh sách không gian trống Mặc dù tên danh sách danh sách không gian trống không cài danh sách Bit vector Thường danh sách không gian trống cài đặt đồ bit (bit map) hay vector bit (bit vector) Mỗi khối biểu diễn bit Nếu khối trống, bit đặt 1, khối cấp phát bit đặt Thí dụ, xét đĩa khối 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 17, 18, 25, 26, 27 trống khối lại cấp phát Bản đồ bit không gian trống là: 001111001111110001100000011100000… Lợi điểm tiếp cận tính tương đối đơn giản hiệu việc tìm khối trống đầu tiên, hay n khối trống đĩa Một lần nữa, thấy đặc điểm phần cứng định hướng chức phần mềm Tuy nhiên, vector bit không đủ trừ toàn vector giữ nhớ Giữ nhớ cho đĩa nhỏ hơn, máy vi tính cho máy lớn Một đĩa 1.3 GB với khối 512 bytes cần đồ bit 332 KB để ghi lại khối trống Gom bốn khối vào nhóm giảm số xuống 83 KB đĩa Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 41 Danh sách liên kết Hình 20 danh sách không gian trống liên kết đĩa Một tiếp cận khác để quản lý nhớ trống liên kết tất khối trống, giữ trỏ tới khối trống vị trí đặc biệt đĩa lưu nhớ Khối chứa trỏ tới khối đĩa trống tiếp theo, Trong thí dụ trên, giữ trỏ tới khối khối trống Khối chứa trỏ tới khối 3, khối tới khối 4,…(như hình 20) Tuy nhiên, chế không hiệu để duyệt danh sách, phải đọc khối, yêu cầu thời gian nhập/xuất đáng kể Tuy nhiên, duyệt danh sách trống không hoạt động thường xuyên Thường thì, hệ điều hành cần khối trống cấp phát khối tới tập tin, khối danh sách trống dùng Phương pháp FAT kết hợp với đếm khối trống thành cấu trúc liệu cấp phát Nhóm Thay đổi tiếp cận danh sách trống để lưu địa n khối trống khối trống n-1 khối thật khối trống Khối cuối chứa địa n khối trống khác, …Sự quan trọng việc cài đặt địa số lượng lớn khối trống tìm thấy nhanh chóng, không giống tiếp cận danh sách liên kết chuẩn Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 42 Bộ đếm Một tiếp cận khác đạt lợi điểm thực tế nhiều khối kề cấp phát giải phóng lúc, đặc biệt không gian cấp phát với giải thuật cấp phát kề hay thông qua nhóm Do đó, thay giữ danh sách n địa đĩa trống, giữ địa khối trống số n khối kề trống theo sau khối Mỗi mục từ danh sách không gian trống sau chứa địa đĩa đếm Mặc dù mục từ yêu cầu nhiều không gian địa đĩa đơn, toàn danh sách ngắn với điều kiện đếm lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 43 Dựa vào Tài liệu thầy Hoàng Đình Hạnh- Khoa Công Nghệ Thông Tin- ĐH Công Nghiệp TP HCM Tài liệu Th.s Nguyễn Phú Trường - Đại Học Cần Thơ, Biên soạn Website: http:/www.vi.wikipedia.org http:/www Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 44 ... khu chứa hệ thống tập tin Hệ thống tập tin gán vào cấu trúc đặt tên hệ thống để làm cho chúng sẳn dùng Cơ chế đặt tên khác hệ điều hành khác Một gán vào, tập tin phân khu sẳn dùng Các hệ thống tập... việc cài đặt hệ thống tập tin tóm tắt hình 13 Hệ thống tập tin ảo Một phương pháp bật cho việc cài đặt nhiều loại hệ thống tập tin viết chương trình thư mục tập tin cho loại Đúng hầu hết hệ điều... dẫn ới ập tin Nhữnghệ điều hành tự phát tất thiết bị gắn vào tất hệ thống tập tin định vị thời điểm khởi động Trong vài hệ thống, UNIX, lệnh gắn vào (explicit) Một tập tin cấu hình hệ thống chứa danh